【三维印刷:从比基尼到飞机】 能飞1000米的纸飞机
时间：2020-02-18 07:36:20 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
从三维印刷机里“打印”出来的，可以是一件比基尼泳装，也可以是一个灯罩，或一把小提琴，甚至是飞机的零部件。自从人类开始工业化生产以来，制造的过程一直都是一场“减法游戏”――切削并加工零件。而以三维印刷为代表，最新的“增材制造技术”，却以“做加法”的方式，彻底颠覆制造业的传统思路
今夏“最潮”的服装是由美国“连续体时装公司”（Continuum Fashion）和“型路技术公司”（Shapeways）合作生产的一件比基尼泳装。这件于6月初最新发布的泳装之所以时髦，不是因为它的色彩和外形设计，而是因为其制作工艺―― 它被称为世界上第一件完全通过三维印刷技术“印制”出来的成衣产品。
你现在就可以通过型路技术公司的网站来订制一件比基尼，也许它不是最时尚的泳装，但该公司可以根据你发来的身体尺码专门立即为你“印制”一件最合身的。组成这种比基尼的纤维，是由“犀牛”计算机辅助设计系统根据专门的运算法则而生产出来的。和以往的三维印刷产品所不同的是，这件比基尼泳装并非展示品，而是可以正式投入生产销售的“现货”。它的出现，标志着可以在计算机系统辅助下，使用三维印刷技术根据每一位顾客的体型来定做个性化的服装。
制造技术：从“减法”到“加法”
如果你对直接“印制”出服装还觉得新鲜的话，那么你能想象，可以像印刷报纸一样快速、高效地“打印”出各种复杂的机器零部件吗？通用电气公司（GE）的科学家正运用“新型增材制造技术”，可以一步就将零件加工到最终的形状，因而显著不同于传统意义上的锻造、铸造或者切削加工的制造过程。在GE全球研发中心最近成立的“增材制造实验室”中，他们已经开始使用三维印刷等增材制造技术印制超声波探头等机器零件，他们甚至有印制飞机零部件的计划。
“自从人类开始生产东西以来，制造的过程一直都是一场‘减法游戏’，你必须切削并加工零件，直到变成你想要的形状。”担任GE超声探头项目领导人的机械工程师普拉布交特.辛格（Prabhjot Singh）说，“尽管制作流程有所改善，但那种传统的生产方式仍浪费了大量的时间和材料。现在的增材制造技术，如三维印刷和激光沉积技术，将彻底颠覆传统的制造方式。这类新技术总的原理是，通过逐层添加材料而不是切削，来节省大量的时间和成本，并减少更多的原材料。”
以三维印刷为例，它的工作原理非常简单：首先在电脑上绘制产品草图，并细化修补其形状和着色。接着按下印刷按钮，印刷机开始运作，产品慢慢成型。三维印刷机可以根据产品的不同部位、不同原材料，而选择不同的作业方式，产品在原材料的层层添加过程中慢慢成型。最终出炉的，可以是一个汽车零部件，也可以是一个灯罩，或一把小提琴。
最宜运用三维印刷的首先是医疗设备产品。随着电子元件微型化技术的不断进步，超声波成像控制台的成本在大幅降低，但超声探头的成本几乎保持不变。这是因为，探头的探测面周围需要非常复杂的部件，才能获得高清晰成像，所以需长时间的切割和打磨材料，超声探头从而也成为超声设备中最昂贵、劳动最密集的部件。GE的研究人员正运用新型增材制造技术将探头上这些复杂部件一次印刷成形，以免去数小时的切削及精细加工。
在印制超声探头的过程中，首先要在打印台面喷撒一薄层含有光敏聚合物的陶瓷浆料。通过一个能反映物体形状的掩膜将这层物质暴露在紫外灯光下。光敏聚合物受到紫外光照射就会被固化，并将浆料内的颗粒粘合起来。然后，打印台面向下移动几分之一毫米的距离，放置不同的掩膜，再重复上述操作。工序完成后，除去固化形状以外的多余浆料，再放入炉内加热，使陶瓷分子熔结在一起。
不过，要将该技术运用于大规模生产还需做更多的工作。研究人员之所以首选超声探头作为试验模型，是因为它复杂的几何形状能够对声波起到聚合作用，同时制造探头所用的材料――陶瓷，比金属在传统的切削和钻孔的加工精度上更难得到保证，而这一点却很容易通过三维印刷成型得到。
一场制造业的革命
以三维印刷为代表，增材制造技术的优点显而易见：无需产品生产线，可大幅削减成本；制造同一件产品，三维印刷机所需的原料仅为传统制造技术的1/10，极大减少了原材料浪费；再次，三维印刷允许操作者对各种产品零部件进行任意创作改造，这在传统的制造技术中则无法实现。
相比以往的“减法”游戏，这种“做加法”的生产方法，其最大魅力还在于：将设计者的思想从现有的局限中解放出来。由于以往传统加工条件的限制，设计者们经常要用到很多零件，这使得他们对产品外形的设计无法最优化。而三维印刷技术则给设计师们带来了更广阔的创作空间，使零部件设计更加灵活。与传统技术相比，这种逐层添加材料的增材制造技术能制造出更多不同几何形状的零件。
此外，增材制造技术将众多产品零部件集成合一，从而减少了装配环节，同时也降低了产品重量――这一点在航天领域尤为重要。将这种“打印”技术运用于航空工业，可节省制造飞机发动机所用的原材料。
这项技术的另一美妙之处在于，它使产品制造得以脱离大型工厂。小型产品可以经由一台放置在办公室、商场、家庭客厅里的台式电脑完成；大型产品如自行车框架、车身金属板、飞机零部件则需要更大型的印刷设备及更多的空间。GE全球研究生产技术负责人卢阿纳.埃尔里奥（Luana Iorio）表示，他们正致力于如何将该项技术应用于所有商业领域，从航天到发电，再到消费产品。
如今的三维印刷机已然可以与注塑成型法匹敌，单次可制造大约1000件产品。这个数字还会不断攀升。它降低了进入制造业的门槛。如果你可以在电脑上设计产品，就可以把它变为现实。先少量制作一些成品以试探市场，如果市场反应良好，便可继续制造，并从早期用户的反馈中形成改进设计的一手资料，这将给创新者和制造业起步者带来极大的便利。
正因如此，三维印刷机天然地带有推广创新设计的基因。如同开源程序员通过分享软件代码达成合作，三维印刷机的工程师们已经开始在产品设计及硬件开发上达成了合作。
三维印刷技术给制造业带来的影响绝不止于对资本和工作岗位的重新分配，还在于对知识产权规则带来的冲击。当产品设计的所有数据都保存于一个数字档案中时，这个档案就极易被复制、传播以及盗版。这种情况在数字音乐行业已经极为普遍，因而为三维印刷技术的使用制定新法律极为必要。对此，知识产权领域的律师们已经摩拳擦掌，跃跃欲试了。
在历史上，没有人预料到1450年发明的印刷机、1750年创造的蒸汽机及1950年发明的晶体管等新技术带来的深远影响。同样，现在没有人可以预测三维印刷技术的广泛影响力。三维印刷技术来势汹汹，很可能打乱它要涉入的每一个领域。尽管三维印刷技术在短期内就会分出在其应用上的胜利者和失败者；但从长远来看，它必将扩大整个印刷行业的版图，也将迅速扩展人们的想象力，并引发出制造业的一场革命。
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